Nutrição, metabolismo e crescimento microbiano

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Nutrição, Metabolismo e Crescimento Microbiano 
Reações catabólicas e anabólicas 
 
 
 
 Nas células vivas, as reações químicas 
reguladas enzimaticamente que liberam 
energia são, em geral, as que estão 
envolvidas no catabolismo, a quebra de 
compostos orgânicos complexos em 
compostos mais simples. As reações 
catabólicas, em geral, são reações 
hidrolíticas (reações que utilizam água e nas 
quais ligações químicas são quebradas) e 
exergônicas (produzem mais energia do que 
consomem). 
 As reações reguladas 
enzimaticamente que requerem energia 
estão em sua maioria, envolvidas no 
anabolismo, a construção de moléculas 
orgânicas complexas a partir de moléculas 
mais simples. Os processos anabólicos 
frequentemente envolvem reações de síntese 
por desidratação (reações que liberam 
água) e são endergônicos (consomem mais 
energia do que produzem). 
Enzimas e reações químicas 
 A enzima atua como catalisador 
reduzindo a energia de ativação, 
tornando a reação mais rápida. Como 
catalisador, cada enzima atua em uma 
substância específica, chamada de 
substrato da enzima e cada enzima catalisa 
apenas uma reação. 
Classificação das enzimas: 
▪ Oxidoredutase: fazem reações de 
oxidação e redução; 
▪ Transferase: transferem grupos 
funcionais; 
▪ Hidrolases: fazem reações de 
hidrolise; 
▪ Liases: removem grupos de átomos; 
▪ Isomerases: mudam o arranjo da 
molécula; 
▪ Ligases: une duas moléculas. 
Componentes das enzimas: 
Porção proteíca que geralmente é inativa 
(apoenzima) que se junta a uma porção 
não-proteíca que funciona como ativador 
(se for de natureza proteíca é uma coenzima 
e se for metal é um cofator). A porção 
 
proteíca junta a não-proteíca forma uma 
holoenzima (enzima completa e ativa). As 
enzimas ativas possuem um sítio ativo que é 
o local ao qual o substrato se liga para que 
aconteça a transformação de reagentes e 
produtos nas reações. 
 
Fatores que influenciam a atividade 
enzimática: 
▪ Temperatura: a velocidade da 
maioria das reações químicas aumenta à 
medida que a temperatura se eleva. As 
moléculas se movem mais lentamente em 
baixas temperaturas do que em altas 
temperaturas, e, assim, talvez não tenham 
energia suficiente para causa uma reação 
química. Para as reações enzimáticas, 
contido, uma elevação acima de certa 
temperatura (temperatura ótima) reduz 
significativamente a velocidade da reação. 
A velocidade da reação declina acima da 
temperatura ótima devido à desnaturação 
enzimática, a perda de sua estrutura 
tridimensional característica. 
▪ pH enzimático: em geral, as enzimas 
possuem um pH ótimo, no qual elas são mais 
ativas. Acima ou abaixo desse valor de pH, 
a atividade enzimática e, portanto, a 
velocidade da reação, diminui. 
▪ Concentração do substrato: sob 
condições de elevada concentração de 
substratos, diz-se que uma enzima está 
saturada; isto é, o seu sítio ativo está sempre 
ocupado pelo substrato ou por moléculas 
de produto, e a enzima está catalisando 
uma reação específica em sua máxima 
velocidade. Nessa condição, um aumento 
adicional na quantidade de substrato não 
afetará a velocidade da reação uma vez 
que todos os sítios ativos já estão 
ocupados. 
 
▪ Inibidores enzimáticos: 
• Competitivo: características que 
permite o encaixe no substrato 
impedindo que o substrato se ligue; 
• Não-competitivo ou alostérico: se 
ligam em um sítio que não é o sítio 
ativo, porém muda momentaneamente 
a conformação do sítio ativo, 
impedindo a ligação do substrato;
 
• Retroalimentação: inibidores não 
competitivos desempenham um papel 
em um tipo de controle bioquímico. 
Esse mecanismo de controle impede a 
célula de gastar recursos químicos na 
produção de mais substâncias do 
que o necessário. Em uma cascata de 
eventos, o produto final 
 
pode inibir alostericamente a 
atividade de uma das enzimas que 
atuam precocemente na via, como a 
via a enzima é inibida, o produto da 
reação enzimática não é sintetizado, 
até que a enzima libere para que a 
reação aconteça. 
 
Vias metabólicas de produção de 
energia (catabólicas) 
 
Metabolização de carboidratos: 
 A via preferencial é a glicólise, onde 
se quebra a glicose para a produção de 
2 moléculas de ácido pirúvico, 
produzindo 2 ATP e 2 NADH. 
 A via opcional é a via de Entner-
Doudoroff que produz 2 ácidos pirúvico, 
1 ATP e 2 NADH. 
 Existem microrganismos que 
metabolizam pentoses na via da pentose 
fosfato, produzindo a frutose 6-fosfato 
que pode entrar na via preferencial, 
gastando 1 ATP, portanto o saldo final da 
via preferencial com uso da via 
complementar é de 1ATP e 2NADH. 
Metabolização de lipídeos: 
 Os lipídeos sofrem a ação da 
enzima lipase que o degrada em glicerol 
e ácido graxo. O glicerol é convertido em 
diidroxiacetona fosfato que é convertido 
em gliceraldeído 3-fosfato e pode entrar 
na glicólise para a conversão de ácido 
pirúvico que entrará no ciclo de Krebs. Os 
ácidos graxos podem sofrer processo de 
beta oxidação, formar acetil-CoA que 
pode entrar no ciclo de Krebs. 
Metabolização de alimentos orgânicos 
(proteínas): 
 As proteínas são degradadas em 
aminoácidos específicos que podem ser 
convertidos em ácido pirúvico, acetil-
CoA e alguns podem entrarem 
diretamente no ciclo de Krebs. 
 
 
Vias metabólicas de uso da energia 
(anabólica) 
 
Biossíntese de polissacarídeos: 
 Em situação de excesso de 
carboidrato, uma parte pode ser 
utilizado em grânulos de reservas como o 
glicogênio e alguns podem ser utilizados 
para a produção da parede celular das 
bactérias (peptideoglicano). 
 
Biossíntese de lipídeos simples: 
 O glicerol e o ácido graxo pode 
produzir gotículas de lipídeos que ficam 
dispersos no citoplasma para serem 
utilizados posteriormente como fonte de 
energia para as bactérias. 
 
Biossíntese de aminoácidos: 
 Os aminoácidos podem sofrer 
processos de transaminações para a 
produção de estruturas importantes para 
a defesa e metabolismo bacterianos. 
 
Biossíntese de nucleotídeos de purinas e 
pirimidinas: 
 A glicina, a glucamina, o ácido 
aspártico e as pentoses entram na 
composição dos nucleotídeos que 
compõem o DNA e RNA. 
 
Metabolismo microbiano 
 
 
Nutrição: elementos plásticos (fontes de 
carbono, nitrogênio, fosfato e enxofre), 
elementos traços (metais Ca, K, Fe, Mn, Mg, 
Zn, Co) e fatores de crescimento. 
Esses elementos entram no metabolismo de 
carboidratos, aminoácidos, bases 
nitrogenadas e ácidos graxos e 
desempenham as suas funções celulares. 
Exigências nutricionais 
▪ Autotróficos: se desenvolvem em 
meios de cultivo constituídos por compostos 
inorgânicos simples (fonte de carbono = 
CO2). 
• Fotoautotróficos: fonte de energia é 
a luz e a fonte de carbono é o CO2. 
• Quimioautotróficas: fonte de 
energia é a oxidação de substâncias 
inorgânicas e a fonte de carbono é 
CO2. 
▪ Heterotróficos: para se 
desenvolverem exigem a presença de 
compostos orgânicos no meio de cultivo 
(fonte de carbono = composto orgânico). 
• Foto-heterotróficos: fonte de 
energia é a luz e a fonte de carbono 
é substâncias orgânicas. 
• Quimio-heterotróficas: fonte de 
energia é a oxidação de substâncias 
orgânicas e a fonte de carbono é 
substâncias orgânicas. 
▪ Auxotróficos: mutantes existentes de 
fator de crescimento não exigido na célula 
parental. 
Geralmente, as fontes de energia são 
o sol e moléculas orgânicas que doam 
elétrons para a formação de ATP, e esses 
elétrons entram também em vias 
transportadoras de elétrons que utilizam os 
cofatores: NADP+, NAD+ e FAD para a 
geração de mais ATP com a participação 
de moléculas que são aceptoras de elétrons 
O2 (respiração aeróbica), NO3-, SO42- 
(respiração anaeróbica) e composto 
orgânico (fermentação). 
Testes bioquímicos e identificação 
bacterianaTestes bioquímicos frequentemente 
são utilizados para identificar bactérias e 
leveduras, pois diferentes espécies 
produzem enzimas diferentes. Esses testes 
são projetados para detectar a presença 
de enzimas. 
O uso do nutriente é importante na 
identificação de espécies bacterianas, 
porque há espécies que realizam reações 
de descarboxilação de aminoácidos 
específicos e algumas que realizam 
fermentação de aminoácidos específicos. 
Podendo ser observados em testes 
laboratoriais específicos. 
Características do crescimento 
bacteriano 
▪ Divisão binária; 
▪ Tempo de geração, em geral, de 
cerca de 15 a 30 minutos; 
▪ Aumento da população bacteriana 
acontece em progressão geométrica; 
▪ Forma-se populações elevadas em 
curto espaço de tempo. 
Fases do gráfico de crescimento bacteriano: 
 
Fase lag: adaptação da bactéria ao meio 
(não cresce); 
Fase log ou de crescimento exponencial: 
crescimento em progressão geométrica; 
Fase estacionária: competição por 
nutrientes, assim, a quantidade de bactérias 
que se reproduzem é mais ou menos igual a 
quantidade de bactérias que morre; 
Fase de morte celular ou de declínio: as 
bactérias vão morrendo devido aos 
nutrientes que acabaram. 
Fatores que influenciam o crescimento 
microbiano: 
▪ Nutrientes essenciais; 
▪ Temperatura; 
▪ Eh (atmosfera- O2 ou CO2); 
▪ pH; 
▪ Osmolaridade. 
Classificação segundo a temperatura de 
crescimento: 
A temperatura mínima de crescimento é a 
menor temperatura na qual a espécie pode 
crescer. A temperatura ótima de 
crescimento é a temperatura na qual a 
espécie cresce melhor. A temperatura 
máxima de crescimento é a maior 
temperatura na qual o crescimento é 
possível. 
▪ Psicrófilo: crescem em baixas 
temperaturas. Ex.: Polaromonas vacuolata; 
▪ Mesófilo: crescem em uma 
temperatura intermediária. Ex.: Escherichia 
coli; 
▪ Termórfilo: crescem em altas 
temperaturas.Ex.: Bacillus sterarothermophilus; 
▪ Hipertermófilo: crescem em 
temperaturas extremamente altas Ex.: 
Themococcus color e Pyrolobus fumani. 
Para a área da saúde, as mais importantes 
são as mesófilas, pois crescem em 
temperatura ambiente. 
Classificação segundo o tipo respiratório: 
▪ Aeróbicas obrigatórias: crescem 
somente na presença de oxigênio 
(geralmente crescem na superfície do tubo 
por haver mais oxigênio); 
▪ Anaeróbicas facultativas: podem 
utilizar o oxigênio quando ele está presente, 
mas são capazes de continuar a crescer 
utilizando vias anaeróbicas (geralmente 
crescem em todo o tubo); 
▪ Anaeróbicas obrigatórias: crescem 
somente na presença de CO2 (geralmente 
crescem no fundo do tubo); 
▪ Anaeróbicos aerotolerantes: 
somente crescimento na presença de CO2, 
mas continua na presença de oxigênio 
(geralmente crescem em todo o tubo); 
▪ Microaerófilas: são intermediarias 
(geralmente crescem no meio do tubo). 
Cultivo de bactérias anaeróbicas: precisa 
criar uma atmosfera sem oxigênio, 
geralmente coloca-se o ambiente para a 
produção de meio de cultura e os reagentes 
para a produção de CO2 ou H2 (eles 
consomem o oxigênio). 
Classificação segundo o pH de crescimento: 
▪ Acidófilas: crescem em pH de 1,9 a 5. 
Ex.: as bactérias fermentadoras (lácticas, 
acéticas, propiônicas); 
 
▪ Neutrófilas: crescem em pH de 5 a 9. 
Ex.: Escherchia coli, Staphylococcus aureus, 
Clostridium botulinum, Salmonella sp; 
▪ Alcalóficas: crescem em pH de 9 a 
11. Ex.: Alcalineges faecalis, Vibrio cholerae, 
Vibreio parahaemolyticius, Agrobacterium. 
Classificação segundo a osmolaridade: 
▪ Não-halófilas: não toleram 
concentrações de sais; 
▪ Halófilas moderadas: toleram sal 
(organismos marinhos); 
▪ Halófilos extremos: crescem em 
altíssimas concentrações de sais 
(halobacterium). 
Meios de culturas 
▪ Quimicamente definido: crescimento 
de quimioautotróficos e autotróficos e 
análises microbiológicas; 
▪ Complexo: crescimento da maioria 
dos organismos quimio-heterotróficos; 
▪ Redutor: crescimento de anaeróbicos 
obrigatórios; 
▪ Seletivo: impedir o crescimento de 
microrganismos não desejados; favorecer o 
crescimento do organismo de interesse; 
▪ Diferencial: diferenciar as colônias 
do organismo de interesse dos outros 
organismos; 
▪ Enriquecimento: semelhante ao 
seletivo, mas com a característica 
importante de aumentar o número da 
bactéria de interesse tornando-a 
detectável. 
Métodos para quantificar o crescimento 
microbiano 
Métodos das diluições seriadas e contagem 
em placas: 
 
Método da contagem em placa: 
 
Método de filtração: 
 
Método da contagem direta ao 
microscópio: 
 
 
Método da turbidimetria (método indireto):